左手材料光学性能研究.pdf

左手材料对科研人员，无论是理论研究还是实验研究，都提出了一系列新的课题.对左手材料性能的真正理解需要重新评价电磁理论的一些熟知的事实.在目前的有关电磁理论的教科书中，没有这方面现成的公式.将现有的电磁理论方面的公式应用到左手材料的性能研究时，有时会得到一些陌生的结果.对现有的电磁理论，需要在假设ε＜0，μ＜0条件下，进行必要的扩展和检验.基于这个目的，我们进行了一些探索性研究工作. 本博士论文介绍和总结了本人在读博期间所做的关于左手材料光学性能的主要研究成果，其主要内容和结论总结如下. (1)从传输函数入手，我们数值计算了左手材料参数偏移对其传输函数的影响.数值计算表明：传输函数对介电常数和磁导率的偏移非常敏感，完美的左手材料透镜对偏移量的要求十分苛刻.据此可以得出结论：要得到工程意义上完美的左手材料透镜是相当困难的. (2)推导出了由左、右手材料构成的双层结构的转移矩阵，利用该转移矩阵，可推导出由无限个该双层结构期性排列而形成的一维光子晶体的色散关系.这是对传统的、由不同介电常数的右手材料构成的双层结构的转移矩阵的扩展. (3)利用该双层结构的转移矩阵，我们数值计算了由N个这种双层结构周期性排列而构成的一维有限长度光子晶体的透射率和态密度.数值计算表明：在一定条件下，禁带中出现了非寻常的态密度.这些禁带中的态密度是由左、右手材料构成的一维光子晶体所特有的，它们可用于制造完全不同于常规滤波器的、频带狭窄的新型滤波器. Ⅰ(4)从一维光子晶体的色散关系出发，我们数值计算了由左、右手材料构成的一维光子晶体的能带结构，并讨论了其特有的分离模和隧穿模，同时与右手材料构成的一维光子晶体的能带结构作了比较，得到了一些重要的结果. (5)基于电磁场理论，我们推导出了左手材料薄板波导中传播模的色散方程；分析了波导中存在传播模与波导材料和包敷材料参数取值范围之间的关系；数值算例证实了这些关系. (6)采用直接计算的方法，我们逐个证明了左手材料薄板波导中的各个模式是相互正交的，即不同传播模之间、传播模与辐射模、以及不同辐射模之间是相互正交的.这是对传统的、右手材料薄板波导中的模式之间的正交性的扩展. (7)基于左手材料薄板波导中的模式之间的正交性，推导出了左手材料薄板波导表面随机性缺陷所引起的模式耦合方程，并数值计算了因模式耦合所导致的传播模的传输损耗.数值计算表明：传播模的传输损耗相当大.因此，我们认为：左手材料薄板波导不能用来传输基本模.至于左手材料薄板波导能不能用来传输1阶模，还有待进一步的研究.

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